| 研究課題/領域番号 |
22K14278
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21040:制御およびシステム工学関連
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
山田 恭史 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 助教 (80802561)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | エコーロケーション / コウモリ / バイオミメティクス / 生物ソナー / シンプルデザインセンシング / 自律飛行ドローン / 構成論的研究手法 / サーモホン / 空間学習ナビゲーション / SLAM |
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| 研究開始時の研究の概要 |
コウモリは， 口または鼻孔から超音波パルスを放射し，周囲からの反響音（エコー）を両耳で聴取することで3次元空間を把握し（エコーロケーション），リアルタイムな飛行を実現させている．
本研究では，3次元空間知覚から効率的なナビゲーションの意思決定に至るまでをシンプルな超音波センシング機構で簡潔させるコウモリのナビゲーション戦略について，ドローンへの模倣応用を実践する．特に，コウモリに最適化された戦略から“デフォルメ”し，工学装置へと最適化させることで，実用的な模倣応用技術としての提案を実践していく．
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| 研究実績の概要 |
本年度の研究遂行により、①1送信器2受信器のコウモリ模倣型超音波センシングシステムを搭載したドローンによる自律障害物回避ナビゲーションを完遂することが出来た。これは、外界センサとして超音波センサのみを採用し、ドローンによる連続障害物回避を成功させた“世界初の超音波ナビゲーション”の成功である。従来の考え方では、飛行雑音が膨大であることからドローンを超音波ナビゲーションで飛行させることは困難であるとされてきたが、本ナビゲーションの成功により、未踏であった空中超音波ナビゲーション技術へのブレークスルーを与えたと言える。現在では、すでに論文第一稿の執筆を完了しており、論文投稿を行う段階である。
さらに、本年度の研究遂行により、②“コウモリの脳内での空間認知表象”を可視化させるデータ駆動解析ツールを試作することが出来た。これにより、コウモリの実飛行計測のふるまいと脳内での認知空間を対応付けた分析から、音響センシング時における選択行動の動機・因果関係の推察が可能となり、行動選択メカニズムにメスを入れることができると考えられる。特に、ベイズ推論に基づき構築された本分析ツールを活用することで、これまでに計測できていたコウモリの空間学習行動最適化ナビゲーションの高次意思決定機能の解明に
効果を発揮すると考えられる。また、逐次的推論による情報引継ぎによって徐々に鮮明な空間像が得られる本分析ツールの活用は、申請書に記載したオブジェクト形状認識（物体識別能）の理解にも大きく貢献するツールであると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度にほぼドローンの単独飛行実験を完了し、論文投稿段階まで進展したことから、順調に進行していると判断した。また、空間認知表象の可視化モデル（ツール）の構築は当初の研究計画調書にはなかったが、計画書に記載した音響センシングによる物体識別能の理解・応用という点においては、中身がブラックボックスな深層学習を用いるよりも効果的な手法を取り入れられたと考えている。これにより、研究がとどまることなく遂行できていることから、おおむね順調であると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度は、本年度構築した脳内認知空間可視化ツールを用いて、コウモリの実飛行データの解析を推し進める。これにより、当初の研究計画調書に記載した①コウモリのアクティブセンシングメカニズムの解明、②空間学習ナビゲーションの意思決定メカニズムの解明、③障害物オブジェクトの形状認識メカニズムの解明を加速させる。これに加え、既に構築できたドローンシステムの小型化・軽量化を行い、より汎用的な試験飛行に耐えうる実機へと改良を行う。最終的には、コウモリのより高度なアクティブセンシング機能を組み込んだ自律ドローンシステムの検証を推し進める。これにより、最終的な模倣応用の到達レベルについて評価するとともに、新たな論文執筆を画策する。
まずは本年度に書き上げたドローン検証の論文の採択を実現させ、コウモリの空間学習ナビゲーションのメカニズムについてデータ駆動解析したものについて論文化することも目指す。可能であれば、最終的に構築できたコウモリ模倣ナビゲーションシステムの新たな論文の執筆についても検討したい。
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